烟气余热回收塑料翅片管换热器特性研究

发布时间：2017-08-16 02:17

  本文关键词：烟气余热回收塑料翅片管换热器特性研究

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【摘要】：电站锅炉一般设计排烟温度在120℃-140℃,其损失的热量占电站全部输入燃料热量的3%-8%,因此能把这部分尾部烟气余热充分利用起来的话,可以显著地提高锅炉效率和降低煤耗。目前低温烟气余热利用最广泛的方式是在尾部烟道加装换热器(通称“低温省煤器”)利用低温烟气加热汽轮机凝结水,节省部分汽轮机抽汽,增加机组出力,从而实现节能效果。但低温烟气余热利用技术的最大障碍在于尾部受热面腐蚀问题严重。若不能从根本上解决这个问题,烟气余热回收系统的效率和安全性都将受到极大的影响。塑料材料抗腐蚀性能尤好,塑料管壁表面光滑并且有适度的扰性不易结垢,故能在流体的冲击和振动中安全工作,可以有效解决金属换热器中的腐蚀问题。国内外许多学者从事以新型塑料替代金属作为尾部受热面的材料方面的研究,若能取代金属换热器,必将是发电行业的一次重大改革。本文针对新型导热塑料材料的翅片管换热器展开特性研究,为该类换热器在低温烟气余热回收领域的应用提供必要的参考和依据。通过设计并搭建耐腐蚀性实验台和风洞实验台对其性能进行深入研究。利用FLUENT软件建立三维的翅片管物理模型并将测试数据作为边界条件进行数值模拟得到翅片管外烟气流动的速度场、温度场、压力场分布。通过改变换热器换热元件之间的间距进行模拟,根据综合性能评价指标来找出相对合理的结构型式。结果表明：(1)随着硫酸浓度的增加和浸泡时间的推移,换热元件的质量变化在0.002～0.0031mg的范围内,但总体上质量变化不明显。该塑料材料制成的换热器应用于低温烟气余热回收具有可行性；(2)导热塑料换热器具有良好的换热性能。提高空气流速有利于强化换热器的传热性能,但总传热系数随风速增加的变化趋势逐渐平缓,且流动阻力则随风速增加而显著增加,因此应选择恰当的运行风速。另外,实验条件下水侧流速较小,冷却水处于层流状态,适当提高水流速度也有利于提高换热器的传热性能。(3)为了综合考虑压降与换热的影响,本文采用的综合性能评价指标表明,当换热元件的横向间距为3-9mm时的综合热力性能都优于原先设计的横向间距为1mm时的结构型式,且当s5=5mm时综合性能指标最高,表明换热元件处于该间距下的翅片管换热器热力性能相对最优。
【关键词】：余热回收 塑料翅片管换热器 实验 数值模拟
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK115;TK172
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及趋势11-18
• 1.2.1 烟气余热利用技术现状及趋势11-13
• 1.2.2 低温烟气余热利用系统关键设备现状及趋势13-18
• 1.3 论文主要研究内容18-19
• 第2章 翅片管换热器传热过程的基本理论19-23
• 2.1 换热器传热计算的基本理论20-21
• 2.1.1 传热方程式20
• 2.1.2 热平衡方程式20-21
• 2.2 翅片管换热器的传热计算21-22
• 2.2.1 翅片管换热器换热量计算21
• 2.2.2 翅片管换热器传热系数计算21-22
• 2.3 本章小结22-23
• 第3章 新型导热塑料翅片管换热器耐腐蚀性实验研究23-26
• 3.1 实验对象23
• 3.2 实验方法23-24
• 3.3 实验结果与讨论24-25
• 3.4 本章小结25-26
• 第4章 新型导热塑料翅片管换热器传热性能实验研究26-40
• 4.1 实验系统26-30
• 4.1.1 测试仪器27-28
• 4.1.2 操作流程28-29
• 4.1.3 实验对象29-30
• 4.1.4 实验方法30
• 4.2 风洞实验数据处理30-34
• 4.2.1 实验数据分析方法30-32
• 4.2.2 实验数据误差分析32-34
• 4.3 风洞实验结果与讨论34-38
• 4.3.1 换热量和总传热系数的分析34-37
• 4.3.2 管外对流传热系数的分析37-38
• 4.3.3 压降分析38
• 4.4 本章小结38-40
• 第5章 翅片管换热器流场的数值模拟及结构优化40-53
• 5.1 翅片管换热器计算流体力学基础40-43
• 5.1.1 常用的离散方法及控制方程40-42
• 5.1.2 湍流模型42-43
• 5.2 模型的建立43-46
• 5.2.1 几何模型43-44
• 5.2.2 网格划分44-45
• 5.2.3 边界条件及收敛准则45
• 5.2.4 模型实验验证45-46
• 5.3 数值模拟结果分析46-48
• 5.3.1 流场速度分布46-47
• 5.3.2 流场温度分布47-48
• 5.3.3 流场压力分布48
• 5.4 翅片管换热器的结构优化48-52
• 5.4.1 优化方案的制定49
• 5.4.2 数据整理方法49-50
• 5.4.3 结果与讨论50-52
• 5.5 本章小结52-53
• 第6章 结论与展望53-55
• 6.1 研究工作总结53
• 6.2 工作展望53-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间发表论文及其他成果59-60
• 致谢60

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 刘刚，易戈文，牛纹;氟塑料－石墨板式换热器在高温强腐蚀换热工况中的应用[J];石油化工设备技术;1996年06期

2 张雪东;;塑料管单效溴化锂吸收式制冷机系统设计及传热性能分析[J];应用能源技术;2011年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 亓云鹏;污水源热泵中塑料换热器的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 夏巧民;节水冷却塔与双效塑料溴化锂制冷机系统的实验研究[D];浙江大学;2011年

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本文编号：680998